基于单片机的自主循迹模型车制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于单片机的自主循迹模型车，包括模型车和控制器，控制器包括电源控制模块、路径识别模块、速度检测模块、主控制模块、电机驱动模块和转向舵机模块，模型车上设置有转向舵机，模型车前端还安装有红外传感器，工作时，由车体前端安装的红外传感器采集检测赛道信号（赛道是由黑色底板和赛道中央的狭窄且线型不断变化的白线组成）中的白线信息，并将采集到的赛道白线信息传送到Ｈ８／３０４８Ｆ－ｏｎｅ单片机，再由单片机控制前轮舵机左右转向以及后轮驱动电机转动，从而实现寻迹模型车始终沿着赛道中线型不断变化的白线高速行驶。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于自动控制、模式识别、传感技术、电子、电气、计算机应用、 机械与汽车等多个专业学科领域，涉及一种模型车，尤其涉及到一种基于单片机的自主 循迹模型车。
技术介绍
随着汽车智能化、电子化的高速发展，汽车的智能化已经成为行业发展的必然 趋势，以智能汽车为研究背景的科技创意制作，智能模型车是一种具有探索性的工程实 践活动。自主循迹是智能模型车的关键技术，路径识别是实现智能车自主沿赛道运行的 信息基础，随着控制技术的进一步发展和完善，再加上新的更先进的制造工艺的不断产 生，从而使得模型车发生了极大的变化，进一步推动了模型车朝着自动化，智能化的方 向发展。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种基于单片机的自主循迹模型车，该模型车电路 简单、成本低、受环境光影响小的能够自主循迹，能够在遇到直角弯道、错道时自动调 节车速并且能自主实现倒车入库的动作。为了实现上述任务，本技术采取如下的技术方案予以实现一种基于单片 机的自主循迹模型车，包括模型车和控制器，其特征在于，所述的控制器包括电源控制 模块、路径识别模块、速度检测模块、主控制模块、电机驱动模块和转向舵机模块，其 中，路径识别模块、速度检测模块通过A/D转换器和信号处理模块与主控制模块连接， 速度检测模块、电机驱动模块和转向舵机模块分别与主控制模块连接，由电源控制模块 分别给路径识别模块、速度检测模块、主控制模块、电机驱动模块和转向舵机模块提供 电源；在所述的模型车上设置有转向舵机，模型车前端还安装有红外传感器，红外传感 器将采集到的路径和速度信号经A/D转换器处理后传入信号处理模块，信号处理处理后 传入模块控制器上的主控制模块，主控制模块对信号进行判断处理后，发出PWM波对转 向舵机进行控制，完成智能车的转向；速度检测模块将采集车轮速度的脉冲信号传到主 控制模块，由主控制模块使用PID控制算法处理，并将处理后的控制量去改变电机驱动 模块的PWM波占空比，控制智能车的行驶速度。本技术是其它一些特点是所述的主控制模块选择H8/3048F-One单片机。所述的转向舵机选择HS-425BB型转向舵机。所述的红外传感器采用反射式光电传感器，红外传感器为8个。所述的路径识别模块采用单光束反射取样式光电传感器ST188芯片。本技术的基于单片机的自主循迹模型车，工作时，由车体前端安装的红外 传感器采集检测赛道信号(赛道是由黑色底板和赛道中央的狭窄且线型不断变化的白线 组成)中的白线信息，并将采集到的赛道白线信息传送到H8/3048F-One单片机，再由单片机控制前轮舵机左右转向以及后轮驱动电机转动，从而实现寻迹机器人始终沿着赛道 中线型不断变化的白线高速行驶。附图说明图1为本智能模型车的跑道示意图。其中，图1 (a)是直道，从中间往两边 分别为白色、灰色、黑色和白色，直道的宽度为300mm，中间的白色区域20mm，两边 灰色区域各是10mm，两边上的白色区域30mm;图1 (b)是直角弯道，直角弯道的行 进方向上画有白色区域20mm、灰色区域IOmm和白色区域20mm，从第一个白色区域至 弯道的距离为500mm IOOOmm ；图1 (C)为变线区域，变线区域长为600mm，车行方 向同样画有白色区域20mm、灰色区域IOmm和白色区域20mm，从第一个白色区域至变 线区域的距离为200mm 1000mm，变线区域的两个方向的宽为300mm ；图2为本技术的结构示意图。图3为电源模块的结构示意图。图4为路径识别模块原理图。图5为“H”桥驱动电路原理图。图6为电机操纵原理图。图7为主程序流程图。以下结合附图对本技术作进一步的详细说明。具体实施方式参照图1，所用跑道为黑色底板路面，其中央设置有线型不断变化的白线信息， 黑白中间有灰色过渡颜色，所述传感器采用反射式光电传感器，采集赛道信息为白线信 肩、ο跑道由直道(图la)、直角弯道(图lb)和变线区域(图Ic)构成。由 白、黑、灰三色组成，从中间往两边分别为白色、灰色、黑色和白色，直道的宽度为 300mm，中间的白色区域20mm，两边灰色区域10mm，两边上的白色区域30mm ；直角 弯道的行进方向上画有白色区域20mm、灰色区域IOmm和白色区域20mm，从第一个白 色区域至弯道的距离为500mm IOOOmm ；变线区域长为600mm，车行方向同样画有白色 区域20mm、灰色区域IOmm和白色区域20mm，从第一个白色区域至变线区域的距离为 200mm 1000mm，变线区域的两个方向的宽为300mm ；当模型车在跑道上行驶时，光传 感器边感应赛道中心的白线边向前行驶，当光传感器检测到直角弯道前方的横线时，会 将这一信息传送给专门程序，从而在到达直角弯道处时拐弯。参照图2，本技术的基于单片机的自主循迹模型车，包括模型车和控制器， 控制器包括电源控制模块1、路径识别模块2、速度检测模块3、主控制模块4、电机驱动 模块5和转向舵机模块6，其中，路径识别模块2通过A/D转换器7和信号处理模块8与 主控制模块4连接，速度检测模块3、电机驱动模块5和转向舵机模块6分别与主控制模 块4连接，由电源控制模块1分别给路径识别模块2、速度检测模块3、主控制模块4、 电机驱动模块5和转向舵机模块6提供电源；在所述的模型车上设置有转向舵机，模型 车前端还安装有红外传感器，红外传感器将采集到的路径和速度信号经A/D转换器7传入信号处理模块8，经信号处理模块8处理后传入控制器上的主控制模块4，主控制模块 4对信号进行判断处理后，发出PWM波对转向舵机进行控制，完成智能车的转向；速度 检测模块3将采集车轮速度的脉冲信号传到主控制模块4，由主控制模块4使用PID控制 算法处理，并将处理后的控制量去改变电机驱动模块5的PWM波占空比，控制智能车的 行驶速度。本实施例的主控制模块4选择日本瑞萨公司的8位单片机H8/3048F-One;该单 片机主要特点是片内硬件资源非常丰富、高速、低耗、大容量、易于拓展、支持C语言 编程。针对本实施例的模型车，单片机I/O资源分配如下P7 口读取红外传感器检测信 号；PBO用于启动开关信号输入；PBl控制模型车左侧电机PWM输出；PB2控制模型 车左侧电机转向控制；PB3控制模型车右侧电机PWM; PB4控制模型车电机右侧转向控 制；P60 P63控制电机正反转信号输出；PB5控制伺服舵机PWM信号输出；PA5用于 车速检测信号的输入。软件设计基于Resenas Hi-performance Embedded Workshop编程环 境开发和调试，使用C语言实现。参照图3，本实施例中，电源控制模块1采用8节5号电池(2000mAh)作为控制 器的主电源。使用稳压芯片LM2940给单片机、路径识别模块2以及速度检测模块3供 给5V电压。同时使用稳压芯片LM350作为6V电压给转向舵机供电。而对于直流电机 驱动模块5，将电源电压9.6V直接用于直流电机驱动。图4则是路径识别模块2的原理图，路径识别模块2包括单光束反射取样式光电 传感器ST188芯片，ST188的第1脚通过5k电阻连接到5V电压上，第2脚接地，第3 脚则直接连接在5V电压上，第4脚则是通过一个IOk电阻接地。信号处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于单片机的自主循迹模型车，包括模型车和控制器，其特征在于，所述的控制器包括电源控制模块（１）、路径识别模块（２）、速度检测模块（３）、主控制模块（４）、电机驱动模块（５）和转向舵机模块（６），其中，路径识别模块（２）通过Ａ／Ｄ转换器（７）和信号处理模块（８）与主控制模块（４）连接，速度检测模块（３）、电机驱动模块（５）和转向舵机模块（６）分别与主控制模块（４）连接，由电源控制模块（１）分别给路径识别模块（２）、速度检测模块（３）、主控制模块（４）、电机驱动模块（５）和转向舵机模块（６）提供电源；在所述的模型车上设置有转向舵机，模型车前端还安装有红外传感器，红外传感器将采集到的路径和速度信号经Ａ／Ｄ转换器（７）传入信号处理模块（８），信号处理模块（８）处理后传入控制器上的主控制模块（４），主控制模块（４）对信号进行判断处理后，发出ＰＷＭ波对转向舵机进行控制，完成智能车的转向；速度检测模块（３）将采集车轮速度的脉冲信号传到主控制模块（４），由主控制模块（４）使用ＰＩＤ控制算法处理，并将处理后的控制量去改变电机驱动模块（５）的ＰＷＭ波占空比，控制智能车的行驶速度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韩毅，郭绪娜，富子丞，贾培峰，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：实用新型
国别省市：87[中国|西安]